應用於Java 加速器的堆疊記憶體及系統軟體設計

Abstract

本論文試著提出以軟硬體協同設計的方式，設計一個JAVA 加速處理器(Java Accelerator IP, JAIP)配合任何通用處理器（General Purpose Processor, GPP）來執行JAVA 程式。論文的重點分成軟體架構和硬體架構的設計。在硬體方面，我們設計了一個針對Java Virtual Machine(JVM) 運作特性所設計的客製化 4-port memory，做為在Java 加速器的stack memory，在較低的硬體成本的情形下，可以降低Java 加速器double-issue 時因為local variable accesses 所造成的結構危障(structure hazard)。 在軟體方面，我們是以 Java 語言的dynamic class loading 的運作模式，來設計我們GPP和JAIP 的系統軟體整合介面。我們設計的介面，僅需GPP 系統平台提供中斷服務的功能以及標準C 語言的函式庫，就可以讓我們整合JAIP 至任何作業系統的環境裡。另外我們在系統軟體中設計了快速原生方法（Native Method）呼叫的功能，以支援JAVA 系統物件型別（system classes）中的系統功能呼叫。整體而言，我們所提出的軟硬體協同設計的Java 加速系統同時具備易整合以及高相容的特性。 配合這樣的架構底下，論文當中也在Xilinx 的FPGA上實作出我們所提出的堆疊記憶體，以及完整的系統軟體以進行驗證。特別是我們完整的支援JAVA 物件導向特性中的繼承與介面機制、以及動態連結等機制。並把 Java Micro Edition 中CLDC 的大部份系統物件型別移植到我們的平台上。